صور تلسكوب هابل الفضائي للمجرات التي اعتقد العلماء أنه من المستحيل العثور عليها

تم العثور على مجموعة مشرقة وكثيفة من النجوم الساخنة الضخمة في مجرة ​​كانت موجودة بعد الانفجار الكبير بـ 1.4 مليار سنة، مما ساعد على إنهاء الأيام الضبابية للكون المبكر والتي كان خلالها غاز الهيدروجين المحايد منتشرًا عبر الكون، مما يحجب الضوء فوق البنفسجي من الأجسام المضيئة.

تم العثور على العنقود ينبعث منه ضوء فوق بنفسجي في مجرة ​​صغيرة ولكن سريعة النمو بواسطة مجرة تلسكوب هابل الفضائي. وجود هذا الضوء فوق البنفسجي، و نجم– يشير تاريخ تكوين العنقود الذي ينتجه إلى أن انفجارات تكوين النجوم ساهمت في موجات من الإشعاع المؤين التي أزالت تدريجياً الهيدروجين المحايد المعتم.

في أعقاب .الانفجار العظيمكان الكون مليئًا بغاز الهيدروجين المحايد الذي يكون معتمًا عند الأطوال الموجية القصيرة للضوء، مثل الأشعة فوق البنفسجية. ومع ذلك، كان هذا الضوء فوق البنفسجي هو أسوأ عدو للهيدروجين المحايد، حيث أدى إلى تأين الغاز تدريجيًا عبر الكون. وبمجرد أن يتأين غاز الهيدروجين، فإنه لا يستطيع امتصاص الأشعة فوق البنفسجية، وهكذا أصبح الكون شفافًا عند تلك الأطوال الموجية.

ولهذا السبب، يُطلق على المليار سنة الأولى أو نحو ذلك اسم عصر إعادة التأين. ويشار إليه باسم “إعادة التأين” بدلاً من التأين لأنه، من الناحية الفنية، تم تأين الغاز بالفعل مرة واحدة من قبل خلال أول 379000 سنة بعد الانفجار الكبير.

أثناء التحقيق في أسباب ظهور هذه الحقبة، حدد علماء الفلك اثنين من المشتبه بهم الرئيسيين الذين كان من الممكن أن ينتجوا كميات كافية من الضوء فوق البنفسجي لتأيين الهيدروجين المحايد. واحد نشط الثقوب السوداء الهائلة والآخر هو الأجيال الأولى من النجوم الساخنة الضخمة. المشكلة هي أنه بالنظر إلى أن الهيدروجين المحايد ماهر في امتصاص الضوء فوق البنفسجي، فقد واجه علماء الفلك صعوبة في تتبع الأشعة فوق البنفسجية إلى مصدرها وتحديد أي من المشتبه بهم هو الجاني الرئيسي.

في عام 2023 تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) حقق تقدمًا كبيرًا، حيث وجد أ galaxy التي كانت موجودة بعد 900 مليون سنة فقط من الانفجار الكبير والتي كانت تنتج طاقة كافية لتأين الغاز المحايد المحيط بها.

الآن ذهب تلسكوب هابل الفضائي إلى أبعد من ذلك، حيث اكتشف الضوء فوق البنفسجي من مجرة ​​تسمى MXDFz4.4. يجب أن يكون هذا الضوء فوق البنفسجي مرئيًا فقط إذا كان الغاز المحيط قد تم تأينه بالفعل.

وقال إلياس جوفارتس من معهد علوم التلسكوب الفضائي (STScI) في بالتيمور، الذي قاد هذا الاكتشاف: “كان من المعتقد أن مراقبة مجرة ​​كهذه مستحيلة”. إفادة. “توقع الباحثون أن يكون “ضباب” الهيدروجين المحايد الذي ملأ الكون المبكر كثيفًا جدًا ويحجب رؤيتنا لضوءه المؤين. ولم يرصد هابل هذا الضوء فحسب، بل ساعد أيضًا في الكشف عن تفاصيل مذهلة حول خصائص المجرة.”

تم التعرف على MXDFz4.4 لأول مرة في مجال MUSE العميق للغاية (MXDF)، حيث يكون MUSE هو المستكشف الطيفي متعدد الوحدات الموجود في المرصد الجنوبي الأوروبي. تلسكوب كبير جداً في تشيلي. يخبرنا الجزء “z4.4” من اسمها أن المجرة موجودة في موقع الانزياح الأحمر 4.4، مما يعني أنها كانت موجودة قبل 12.37 مليار سنة. ومع توسع الكون منذ ذلك الحين، انزاح الضوء فوق البنفسجي نحو الأحمر إلى أطوال موجية مرئية اكتشفها هابل.

وقال مارك رافيلسكي، نائب رئيس بعثة هابل في STScI: “لقد وجد علماء الفلك العديد من المجرات التي كانت موجودة في هذه المرحلة من تاريخ الكون، لكننا لم نكتشف الفوتونات المؤينة من أي منها، مما يجعل MXDFz4.4 فريدًا من نوعه”.

MXDFz4.4 أصغر 100 مرة من جهازنا مجرة درب التبانة ولكنها تتشكل النجوم أسرع بعشر مرات من مجرتنا. العديد من تلك النجوم يولدون في مكان ضيق ومضيء تَجَمَّع إنتاج الأشعة فوق البنفسجية المؤينة.

وقال جوفارتس إن المجموعة تحتوي على “الكثير من النجوم الشابة والساخنة والضخمة في مساحة صغيرة (والتي) تقوم بعمل أفضل في تفجير الغاز المعتم”.

علاوة على ذلك، من خلال مقارنة مشاهدات هابل لـ MXDFz.4.4 مع تلك الموجودة في تلسكوب جيمس ويب الفضائي، الذي بحث عن النجوم الأقدم والأكثر برودة في المجرة، اكتشف فريق جوفارتس ورافيلسكي أن النجوم في العنقود قد تشكلت على شكل رشقات نارية، كل انفجار ينتج كميات جديدة من الأشعة فوق البنفسجية المؤينة التي ساعدت على التخلص من المزيد والمزيد من الغاز المحايد مع مرور الوقت. نحن نرى المجرة الآن بعد حوالي 250 مليون سنة من انتهاء إعادة تأين الغاز المحيط بها. تنتهي هذه النجوم الساخنة الضخمة الموجودة في العنقود بحياتها بعد بضعة ملايين من السنين سوبر نوفا الانفجارات وموجات الانفجار والإشعاع التي يمكن أن تخلق فقاعات في الغاز سنة ضوئية عبر، مما يخلق مسارات إضافية للضوء فوق البنفسجي للهروب ويمكن اكتشافه بواسطة هابل.

يبدو أن الملاحظات تثبت النظرية القائلة بأن مجموعات من النجوم الساخنة والضخمة والمضيئة في المجرات الشابة في الكون المبكر لعبت دورًا مهيمنًا في تأين الغاز المحايد للكون.

قال رافيلسكي: “إن ملاحظات هابل لـ MXDFz4.4 تتيح لنا اختبار فرضياتنا بشكل أقرب إلى عصر إعادة التأين أكثر من أي وقت مضى”. “إن العثور على المزيد من المجرات، خاصة في العصور الكونية اللاحقة قليلاً حيث تكون العينات الأكبر في متناول اليد، سيسمح لنا بتحسين هذه القياسات ومعرفة ما أوضح وجهة نظرنا مع انتهاء تلك الحقبة.”

تم نشر النتائج في 23 يونيو مجلة الفيزياء الفلكية.